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Femmes pionnières : Chien-Shiung Wu, des expériences pour tester la physique nucléaire

Les expériences de Chien-Shiung Wu ont permis de vérifier certaines des avancées théoriques majeures de la physique du XXe siècle, de la radioactivité à la physique quantique. Bettmann via Getty Images

Le 11 février 2021, à l’occasion de la sixième Journée internationale des femmes et des filles de science, le service des postes des États-Unis a mis en circulation un nouveau timbre à validité permanente en hommage à Chien-Shiung Wu, l’une des plus grandes physiciennes nucléaires du XXe siècle.

Forever stamp with portrait of Chien-Shiung Wu.
Le nouveau timbre-poste américain représentant Chien-Shiung Wu. U.S. Postal Service

D’origine sino-américaine, Mme Wu a mené des expériences sur les lois fondamentales de la physique. Dans un champ de recherche dominé par les hommes, elle a remporté de nombreux honneurs et prix, dont la Médaille américaine des sciences (1975), le tout premier Prix Wolf dans la catégorie sciences (1978) et des diplômes honorifiques d’universités du monde entier.

En Chine, où j’ai grandi, Chien-Shiung Wu est une icône, parfois qualifiée de « Marie Curie chinoise ». J’ai découvert son extraordinaire histoire dans mon manuel de physique au lycée. Dès lors, elle est devenue pour moi un modèle, qui m’a encouragé à entreprendre une carrière universitaire dans le même domaine et à suivre ses traces en partant aux États-Unis.

De la Chine aux États-Unis, pour l’amour de la physique

Chien-Shiung Wu naît en 1912 à Liuhe, dans la province de Jiangsu, à environ 65 km de Shanghai. Bien qu’il soit peu courant pour les filles d’aller à l’école en Chine à l’époque, elle entre en élémentaire dans l’école pour filles que son père a fondée.

En 1930, elle s’inscrit à l’Université Centrale Nationale de Nanjing pour y étudier les mathématiques. Toutefois, les avancées révolutionnaires de la fin du XIXe siècle en physique moderne – comme la découverte de la structure de l’atome et des rayons X – suscitent l’intérêt de la jeune femme. Elle change donc de spécialité pour étudier la physique et obtient son diplôme avec le rang de major de promotion en 1934.

Encouragée par son conseiller d’orientation à l’université, et avec le soutien financier de son oncle, elle se rend aux États-Unis en 1936 pour y faire un doctorat. Elle débarque à San Francisco où elle rencontre son futur mari, Luke Chia-Liu Yuan, lui aussi physicien, qui lui fait visiter le laboratoire d’étude des radiations de l’Université de Californie à Berkeley. Les scientifiques du laboratoire viennent tout juste d’inventer le cyclotron, qui permet d’accélérer la trajectoire en spirale de particules chargées.

Fascinée par les recherches sur les noyaux atomiques que mène par le laboratoire, Chien-Shiung Wu abandonne son projet initial de s’inscrire à l’Université du Michigan et postule avec succès pour rejoindre le programme doctoral de physique à Berkeley.

Au cours de ses recherches, elle travaille en étroite collaboration avec Ernest Lawrence, spécialiste du nucléaire et lauréat du prix Nobel de physique en 1939, et Emillo Segrè, qui l’obtiendra à son tour en 1959. Elle étudie les radiations électromagnétiques produites lors de la décélération de particules chargées, ainsi que les isotopes radioactifs de xénon générés par la fission nucléaire d’atomes d’uranium. En juin 1940, elle obtient son doctorat avec mention.

Après une courte période de recherches postdoctorales au sein du laboratoire d’étude des radiations, elle emménage sur la côte Est où elle enseigne au Smith College, puis à l’Université de Princeton.

Travail de recherche expérimentale sur la désintégration radioactive

En 1944, elle intègre l’Université de Columbia, où elle rejoint le Projet Manhattan, le plan ultra-secret des États-Unis pour concevoir une nouvelle arme, la bombe atomique, grâce aux connaissances acquises dans le domaine de la recherche fondamentale en physique. En tant que membre de l’équipe, Chien-Shiung Wu aide à développer le processus de fission des atomes d’uranium pour les transformer en isotopes chargés d’uranium 235 et d’uranium 238 par diffusion gazeuse. Ce travail conduit à la mise au point de l’uranium enrichi, un composant essentiel aux réactions nucléaires.

Après la Seconde Guerre mondiale, elle se concentre sur ses recherches sur le procédé radioactif de désintégration bêta en s’intéressant aux particules bêta, des électrons ou des positons, émis par un atome nucléaire lors du processus de désintégration radioactive, qui se déplacent à grande vitesse.

Au milieu des années 1950, elle effectue une célèbre expérience pour tester la loi de conservation de la parité. Ce principe, largement accepté mais pas encore démontré, veut qu’un processus physique soit identique à son reflet. Comme envisagé par Chen Ning Yang et Tsung-Dao Lee, théoriciens de la physique, Chien-Shiung Wu met au point une expérience permettant de vérifier si la théorie correspond à la réalité.

En observant la dégradation bêta d’atomes de cobalt 60, elle mesure l’intensité des radiations en fonction de leur direction. Pour augmenter la précision de ses mesures expérimentales, elle invente des techniques afin que ses atomes de cobalt-60 tournent tous dans le même sens, ce qui lui permet de constater que la majorité des particules tournent dans la direction opposée à celle des noyaux. La loi de conservation de la parité prédisait que les atomes émettraient des particules bêta de façon symétrique. Or les observations de Chien-Shiung Wu prouvent que cette « loi » ne tient pas : elle vient de découvrir la non-conservation de la parité.

Cette avancée majeure permet à ses collègues théoriciens d’obtenir le Prix Nobel de physique en 1957, mais le Comité Nobel néglige de prendre en compte sa contribution expérimentale.

En parallèle de ses célèbres recherches sur la loi de la parité, la scientifique mène une série d’expériences importantes en physique nucléaire et quantique. En 1949, elle confirme la théorie d’Enrico Fermi sur la dégradation bêta, corrigeant ainsi les incohérences entre la théorie et les résultats inexacts des expériences précédentes, et développe une version universelle de cette théorie. Elle parvient également à prouver le phénomène quantique menant à la création de paires de photons intriqués.

En 1958, elle est la première Sino-américaine à entrer à l’Académie des sciences. En 1967, elle devient la première présidente de la Société américaine de physique.

Wu stands with other honorary degree recipients in academic gowns.
Chien-Shiung Wu a reçu de nombreuses distinctions, dont un doctorat honorifique à Harvard en 1974. Bettmann via Getty Images

Lorsqu’elle prend sa retraite, en 1981, elle se consacre à des programmes publics d’éducation aux États-Unis et en Chine, donne de nombreuses conférences et encourage les jeunes générations à étudier les sciences, la technologie, l’ingénierie et les mathématiques. Elle décède en 1997.

Son héritage se perpétue aujourd’hui, avec la création d’un timbre-poste à son effigie. Avec Albert Einstein, Richard Feynman et Maria Goeppert-Mayer, elle fait partie de la courte liste de physiciens figurant sur des timbres américains.


Traduit de l’anglais par Iris Le Guinio pour Fast ForWord

This article was originally published in English

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